计算机辅助外科手术中医疗机器人技术研究综述

在计算机辅助手术领域中医疗机器人技术是目前一个研究热点。介绍医疗机器人技术的概念以及在计算机辅助手术中应用的必要性;针对医疗机器人技术在计算机辅助手术领域中的国内外研究现状,从骨外科、神经外科、窥镜外科和介入治疗等四个方面,分别进行了详细综述,并介绍具有代表性的外科手术机器人系统;通过分析医疗机器人当前的研究现状,指出内窥镜外科手术机器人将是未来医疗机器人的发展方向,通过探讨内窥镜外科手术机器人所涉及的四个亟待解决的问题,指出了需要进一步研究和发展的方向。     

外科手术机器人技术发展现状及关键技术分析

外科诊疗是医疗机器人研究和应用最广泛也是比较成熟的领域，目前研究主要集中在脑神经外科、整形外科、介入式无损检测、角膜移植等领域．为促进我国医疗机器人技术的研究和发展，在充分论述医疗机器人研究意义的基础上，对国内外典型外科手术机器人的研究及应用状况作了详细介绍，并对研究医疗机器人所涉及的手术机器人机构、医学三维图像建模、虚拟手术仿真、遥操作网络传输等关键技术进行了详尽的分析，同时指出了今后的发展方向．     

力觉临场感遥操作机器人(1):技术发展与现状

人机交互式机器人作为最具实用价值的特种机器人已成为当前机器人学研究的前沿和热点.临场感(Telepresence)技术是人机交互的核心.首先,回顾了力觉临场感遥操作机器人技术的产生、发展和现状,介绍了力觉临场感遥操作机器人在核领域、空间探测领域与远程医疗领域的应用情况;其次,对力觉临场感遥操作机器人的4大关键技术:传感技术、力反馈与触觉再现技术、大时延控制技术和虚拟预测环境建模技术等进行了综述;还介绍了东南大学仪器科学与工程学院机器人传感与控制研究所近20年来开展临场感遥操作机器人技术研究,以及在核探测、康复医疗领域应用的情况.通过回顾与分析,指出了力觉临场感遥操作机器人技术今后需要研究的几个重点问题.     

机器人辅助正骨手术系统虚拟环境精确建模方法

结合已经研制的机器人辅助正骨手术系统,研究在应用虚拟现实进行手术时,虚拟手术环境建模的实现.采用基于计算机图形和医学图像的混合建模方法对手术环境中复杂的机器人模型和患者、腿骨进行精确建模.利用建模工具Java3D和VTK开发机器人辅助正骨手术系统的三维虚拟环境模型及虚拟手术仿真系统.虚拟手术环境的精确建模,为在此基础上进行的手术培训、手术规划、手术预演和远程外科手术奠定了基础.     

微型机器人驱动技术发展及现状分析

本文介绍了微型机器人驱动技术的特点,对基于不同原理的驱动形式进行了概括总结,综述了国内外的研究现状,并对微型机器人驱动形式进行了分析和展望.分析了面向不同应用领域的微机器人适用的驱动形式,指出无线化是微机器人技术的一个发展方向,磁场驱动技术、微加工技术和智能材料技术的发展将极大地推动微机器人向人体体内医疗领域应用的延伸.     

微型管内机器人的研究现状

在发电厂、核设施、化工、制冷等领域中,对微型管道进行检测和维修是一项至关重要的工作.微型管内机器人是微型机器人领域的一个重要的研究方向,使用微型管内机器人可以提高管道检测的效率和精确度.介绍了微型管内机器人的发展现状,分析了一些重要的设计思想和研究成果,进而总结了微型管内机器人的研究内容、发展方向与亟待解决的关键技术.     

六自由度植牙手术机器人设计及动态特性分析

植牙手术机器人将是医疗外科手术领域一个全新的突破,但是现有植牙手术机器人结构繁杂,末端缺乏灵活性,难以顺利地实现口腔内的钻孔操作.紧密结合植牙手术要求,设计了一种结构更加紧凑、末端灵活性更高地六自由度植牙手术机器人.然后建立了植牙手术机器人的有限元模型,利用ANSYS Workbench分析其动态特性,主要包括模态分析和谐响应分析,其中模态分析得到了植牙手术机器人固有频率,谐响应分析得到了植牙手术机器人的结构在频率105 Hz和844 Hz处容易发生共振,为工况下防止出现共振现象提供了重要的科学依据.     

主编寄语

正机器人技术是涉及机械、传感、控制、人工智能等多个领域的跨学科的高技术,可以广泛地应用于工业、农业、医疗、军事、航天、海洋等各个领域,不仅是现代制造业皇冠顶上的明珠,而且是非制造业领域实现自动化和智能化的核心技术。机器人技术已从传统的工业领域迅速拓展到其他领域。目前,以助老助残康复机器人、教育机器人、家庭机器人、安保机器人等为代表的特种机器人和服务机器人已成为各发达国家竞相发展的高技术。而感知技术、人机交互技术则是当前快速发展的机器人核心技术,以人机共融为目标的人机交互式机器人已成为当前机器人研究的重要内容。     

3D打印软体机器人及其传感器

软体机器人主要是由柔性材料制成,它模仿了软体生物如章鱼、蛇、蠕虫等. 由于软体机器人能够任意改变自身的形状与尺寸,其在医疗、野外勘探、物品抓持等方面具有广泛的应用前景. 3D打印作为一种新兴的制造方法,其与软体机器人的结合近年来发展迅速. 首先,介绍典型的3D打印技术及其在软体机器人主体结构制造方面的应用. 然后,讨论软体机器人各类传感器的3D打印研究近况. 最后,总结现有技术的不足之处并探讨该领域的未来发展方向.     

虚拟骨科手术系统人体组织建模方法综述

虚拟手术是集医学、生物力学、机械学、材料学、计算机图形学、计算机视觉、数学分析、机械力学、材料学、机器人等诸多学科为一体的新兴交叉研究领域.虚拟手术可以帮助医生进行外科诊断,能够利用图像数据,帮助医生合理、定量地制定手术方案,这对于选择最佳手术路径执行复杂外科手术和提高手术成功率具有十分重要的意义.建立生物组织仿真模型...     

刚柔耦合机器人综述

刚柔耦合机器人由刚性材料和柔性材料结合而成,刚性机器人刚度大、可控性好,柔性机器人韧性好,刚柔耦合机器人将其优点集于一身,具有广阔的发展空间.本文介绍了国内外刚柔耦合机器人的发展现状,详细阐述了刚柔耦合机器人的三种驱动方式:气动驱动、电活性聚合物驱动和形状记忆合金驱动,重点分析了目前刚柔耦合机器人特别是柔性机器人常用的建模方法,以及刚柔耦合机器人控制算法.最后,对刚柔耦合机器人未来的发展提出了展望.     

地下管道检测移动机器人的发展现状

简要介绍了管道检测移动机器人的发展状况,并对管道检测移动机器人的发展趋势及关键技术进行了探讨。     

A review of heavy-duty legged robots

Heavy-duty legged robots have been regarded as one of the important developments in the field of legged robots because of their high payload-total mass ratio, terrain adaptability, and multitasking. The problems associated with the development and use of heavy-duty legged robots have motivated researchers to conduct many important studies, covering topics related to the mechanical structure, force distribution, control strategy, energy efficiency, etc. Overall, heavy-duty legged robots have three main characteristics: greater body masses, larger body sizes, and higher payload-total mass ratios. Thus, various heavy-duty legged robots and their performances are reviewed here. This review presents the current developments with regard to heavy-duty legged robots. Also, the main characteristics of high-performance heavy-duty legged robots are determined and conclusions are drawn. Furthermore, the current research of key techniques of heavy-duty legged robots, including the mechanical structure, force distribution, control method, and power source, is described. To assess the transportation capacity of heavy-duty legged robots, performance evaluation parameters are proposed. Finally, problems that need further research are addressed.     

基于李代数的医学穿刺机器人运动学建模

医学穿刺机器人结构主要包括肩关节、肘关节、腕关节以及穿刺针等部分。为了验证医学穿刺机器人李群运动学模型,在传统运动学建模D—H法的基出上,建立了基于李群李代数理论的机器人运动学模型,并进行仿真实验验证,研究结果证明模型的正确性,对机器人运动学建模进行了探索性验证,同时对机器人的轨迹规划及动、静态特性提供了一定的参考。     

基于中间件技术的异构机器人系统设计及实现

基于C++CORBA中间件的技术规范和具体应用，对异构机器人系统的集成技术进行了研究，以ACE/TAO作为开发平台，构建了一个基于CORBA技术的异构机器人互操作系统，实现了分布式环境下具有不同硬件结构、操作系统、通信协议和编程语言的机器人之间的互相通信，系统界面友好、操作简便，可移植性和可维护性强，并且便于升级，该系统的研发成功为多异构机器人的协作提供了最佳的技术路线。     

集成化智能软体机器人研究进展

从驱动方式、材料与制造、运动方式、传感与控制方面对集成化智能软体机器人进行综述,讨论集成化软体机器人与新型柔性传感器、机器学习之间相辅相成的关系,分析在驱动方式、建模与控制方面存在的问题. 根据驱动方式的不同,可以将集成化智能软体机器人分为流体驱动、智能材料驱动和化学反应驱动,能量来源决定软体机器人的集成方式和运动能力,而驱动方式的选用多是以仿生灵感为指导原则. 柔性传感器和机器学习作为软体机器人提高运动能力、优化控制方式的可靠工具,将推动智能软体机器人进入实际应用阶段. 实现可控和可预测自主运动能力的集成化智能软体机器人是软体机器人未来的发展方向,在运动方式上模仿动物的灵活姿态,在未知环境勘探领域有广阔应用前景.     

简易型旋臂式机械手

随着社会的发展,劳动成本的不断增加,机器产能的不断提高,机电一体化技术在塑料注塑成型业领域的应用显得越来越重要,注塑机机械手作为典型的一项应用已经日益展现其生命力成为近代自动控制领域不可缺少的一项新技术。注塑机械手按其动作方式可分为旋臂式和横走式两大类;按其驱动方式可分为全气压驱动和部分电动驱动;按其精度可分为普通型和伺服型。简易型全气压驱动的旋臂式机械手是典型的一种单片机控制的注塑机机械手,通过和注塑机I/O点相互对接,达到指令信号的相互传输和控制,进而完成自动化生产。     

4D打印形状记忆聚合物及其复合材料的研究现状和应用进展

形状记忆聚合物材料是一种在外界环境刺激下可发生形状变化的智能材料,基于这种智能材料的可变形结构在生物医疗、航空航天等诸多领域显示出巨大的应用潜力.4D打印技术的问世为智能材料的进一步发展带来新的机遇,同时为微创医疗、智能机器人、柔性电子等高科技产业开创了全新的和智能化的发展方向.本文首先介绍4D打印技术的兴起和发展,以及5种新兴聚合物打印技术（光辅助打印、磁辅助打印、连续纤维打印、容积3D打印、多材料多喷头打印）的研发;其次从热、电、磁、光驱动4个方面综述了近几年4D打印形状记忆聚合物及其复合材料的研究进展及潜在应用,总结了适用于4D打印的形状记忆聚合物及其复合材料的制备方式及性能;然后介绍了基于形状记忆聚合物复合材料的4D打印结构在生物医疗、航空航天、智能器件及仿生领域的应用研究;最后指出4D打印在打印技术、打印材料、驱动方式和应用验证4个方面存在的问题及未来发展方向.